一種前端蓋減壓技術(shù)在臥式水輪發(fā)電機(jī)組上的運(yùn)用

高 健，劉曉娟

(四川中鐵能源五一橋水電有限公司，四川 九龍 626200)

1 概 述

龍溪溝三級水電站位于四川省甘孜州，共裝設(shè)2臺單機(jī)2.5 MW臥式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)型號HLD54—WJ—75，額定轉(zhuǎn)速1 000 r/min，額定水頭157 m。自2006年投運(yùn)以來，1號機(jī)組一直存在主軸密封甩水嚴(yán)重、推力軸承瓦溫偏高問題。2019年1號機(jī)組A修，過流部件經(jīng)返廠修復(fù)，推力瓦溫偏高問題得到了處理，但隨著機(jī)組投運(yùn)時(shí)間的延長，推力瓦溫偏高問題再次出現(xiàn)，并逐步惡化，直至嚴(yán)重影響機(jī)組出力。

2 推力瓦溫升高原因分析

2.1 主軸密封漏水

龍溪溝三級水電站1號機(jī)組存在水輪機(jī)主軸密封漏水量偏大的問題。主軸密封產(chǎn)生的漏水，容易經(jīng)旋轉(zhuǎn)主軸串入水導(dǎo)軸承，引起軸承潤滑油的變質(zhì)，降低潤滑效果，從而導(dǎo)致推力瓦溫升高。

2.2 軸向水推力增大

隨著水輪機(jī)過流部件表面氣蝕磨損，轉(zhuǎn)輪與前端蓋間隙不斷增大，更多的壓力水進(jìn)入轉(zhuǎn)輪與前端蓋之間的腔體，且無法得到快速排出。壓力水作用在轉(zhuǎn)輪上冠上，會產(chǎn)生一個(gè)朝向尾水管方向的軸向水推力，使水輪機(jī)推力軸承受力急劇增大，從而導(dǎo)致推力瓦溫升高。同時(shí)，由于軸向水推力的作用，轉(zhuǎn)輪上冠將受到不平衡力產(chǎn)生振動，加劇主軸密封磨損，導(dǎo)致主軸密封漏水量的增加。

3 前端蓋減壓排水改造過程

前端蓋排水技術(shù)在國內(nèi)臥式機(jī)組上的運(yùn)用并不多見。龍溪溝三級水電站轉(zhuǎn)輪直徑750 mm，前端蓋布局緊湊，排水管取水口位置只能選擇開設(shè)在前端蓋上方主軸密封端蓋上。

(1)在1號機(jī)組在主軸密封端蓋上安裝2根DN32排水管，排水管另一端接入錐管排水的外排管路，實(shí)現(xiàn)前端蓋腔體減壓。另外，在排水管上安裝閥門和壓力表，便于實(shí)時(shí)監(jiān)測前端蓋壓力和排水流量調(diào)節(jié)。

(2)增大轉(zhuǎn)輪前腔泄壓孔排水能力。龍溪溝三級水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上腔和下腔之間設(shè)計(jì)有17個(gè)泄壓孔通孔，作為轉(zhuǎn)輪上腔壓力水的泄壓通道；但轉(zhuǎn)輪所有泄壓孔的排列方式均與水輪機(jī)軸線平行，無傾斜角度，引流排水作用十分有限。在本次改造過程中，對轉(zhuǎn)輪本體上的排水孔進(jìn)水口角度進(jìn)行了打磨處理，將孔口進(jìn)水側(cè)打磨降低，加大泄水流量。

(3)主軸密封端蓋排水與技術(shù)供水取水的選擇。當(dāng)主軸密封端蓋排水流量和壓力滿足機(jī)組技術(shù)供水要求的時(shí)候，可利用主軸密封端蓋外排流量作為機(jī)組的技術(shù)供水水源。龍溪溝三級水電站1號機(jī)組在主軸密封端蓋上安裝2根DN32排水管，2根排水管匯入1根DN50排水總管。通過對主軸密封端蓋排水總管進(jìn)行憋壓，機(jī)械壓力表顯示的最大壓力約為0.1 MPa；同時(shí)對比主軸密封端蓋排水總管流量和技術(shù)供水實(shí)際所需流量，結(jié)果表明：龍溪溝三級水電站1號機(jī)組主軸密封端蓋只適宜做泄壓排水，排水壓力及流量均不滿足機(jī)組技術(shù)供水要求。

4 項(xiàng)目實(shí)施效果

4.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)

為縮短檢修工期，節(jié)約檢修成本，龍溪溝三級水電站1號機(jī)組前端蓋減壓排水改造項(xiàng)目采用現(xiàn)場施工的方式開展。項(xiàng)目共計(jì)花費(fèi)人工14個(gè)工日，總費(fèi)用3萬元(見表1)。

表1 1號機(jī)組軸承溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)表

4.2 結(jié)論

(1)項(xiàng)目改造后，1號機(jī)組主軸密封漏水量得到有效控制，推力瓦溫下降明顯，機(jī)組恢復(fù)了滿負(fù)荷運(yùn)行能力。

(2)相較于采用推力瓦受力調(diào)整、推力瓦刮研及過流部件返廠修復(fù)的方式進(jìn)行處理，本項(xiàng)目節(jié)約了大量工期和檢修成本，降低了檢修頻次，提高了發(fā)電機(jī)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

(3)經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)，1號機(jī)組前端蓋減壓排水管水壓和流量并不滿足技術(shù)供水要求，故未將前端蓋減壓排水管接入技術(shù)供水管，而是選擇通過尾水管進(jìn)行排出。

5 結(jié) 語

小容量臥式水輪發(fā)電機(jī)組在成本控制上應(yīng)當(dāng)更加謹(jǐn)慎，尤其是在面臨枯水期泄放生態(tài)流量導(dǎo)致發(fā)電效益進(jìn)一步壓縮的情況下，低成本高效解決機(jī)組存在的問題、保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行、延長機(jī)組檢修周期、對于發(fā)電企業(yè)具有重要意義。

龍溪溝三級水電站所采用的前端蓋減壓技術(shù)，對于解決機(jī)組主軸密封漏水、推力瓦溫偏高問題還具有借鑒意義：一是設(shè)計(jì)前端蓋減壓排水管，當(dāng)轉(zhuǎn)輪與前端蓋梳齒間隙因氣蝕增大后，可作為前端蓋減壓排水的泄壓通道。當(dāng)前端蓋排水流量和壓力，滿足機(jī)組技術(shù)供水和機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的要求時(shí)，前端蓋排水亦可作為機(jī)組技術(shù)供水，代替技術(shù)供水泵供水。二是主軸密封頻繁漏水應(yīng)引起足夠重視，及時(shí)處理，避免漏水串入水導(dǎo)軸承，污染軸承潤滑油。三是轉(zhuǎn)輪本體泄壓孔應(yīng)具備一定的傾斜角度，保證轉(zhuǎn)輪前腔壓力水能夠及時(shí)順暢排向尾水管，降低轉(zhuǎn)輪前端蓋腔體壓力。